Instance Weighted Incremental Evolution Strategies for Reinforcement Learning in Dynamic Environments

强化学习 计算机科学 可扩展性 加权 新颖性 适应(眼睛) 人工智能 渐进式学习 机器学习 医学 哲学 物理 神学 数据库 光学 放射科
作者
Zhi Wang,Chunlin Chen,Dezun Dong
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:34 (12): 9742-9756 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tnnls.2022.3160173
摘要

Evolution strategies (ESs), as a family of black-box optimization algorithms, recently emerge as a scalable alternative to reinforcement learning (RL) approaches such as Q-learning or policy gradient and are much faster when many central processing units (CPUs) are available due to better parallelization. In this article, we propose a systematic incremental learning method for ES in dynamic environments. The goal is to adjust previously learned policy to a new one incrementally whenever the environment changes. We incorporate an instance weighting mechanism with ES to facilitate its learning adaptation while retaining scalability of ES. During parameter updating, higher weights are assigned to instances that contain more new knowledge, thus encouraging the search distribution to move toward new promising areas of parameter space. We propose two easy-to-implement metrics to calculate the weights: instance novelty and instance quality. Instance novelty measures an instance's difference from the previous optimum in the original environment, while instance quality corresponds to how well an instance performs in the new environment. The resulting algorithm, instance weighted incremental evolution strategies (IW-IESs), is verified to achieve significantly improved performance on challenging RL tasks ranging from robot navigation to locomotion. This article thus introduces a family of scalable ES algorithms for RL domains that enables rapid learning adaptation to dynamic environments.

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